三维虚拟港口设计
摘要
虚拟漫游技术是虚拟现实(VR)技术的重要分支，它利用图形图像技术，将现实中存在或不存在的场景构建出来，然后利用3D编程技术，生成一个完整的可用于漫游的系统，用户通过操作键盘或鼠标，足不出户就能实现对该场景的漫游与交互，从而达到身临其境的主观感受。在建筑、旅游、游戏、航空航天、医学等多种行业发展很快。
虚拟港口是虚拟漫游技术的一个重要应用，它实现了对港口三维景观和船运环境的数字化和虚拟化，在港口的资源管理、环境规划和运营发展等许多方面发挥了重要的作用。
本课题主要完成了如下功能：
一、使用数码相机通过实地摄影采集舟山鸭蛋山码头的资料图片，通过使用GoogleEarth软件收集鸭蛋山码头的俯视图，再根据采集的资料利用建模软件3DsMax建立模型。
二、研究码头的建筑及其环境，使用Photoshop为模型构画材质贴图，为模型增加纹理效果，增加场景逼真度。
三、为场景添加灯光、摄影机及一些天气效果，完成逼真的港口场景。
通过本课题的研究，深入掌握了一些建模、纹理添加以及渲染的技术和方法，并对虚拟港口的漫游和交互进行了初步研究。
【关键词】虚拟现实，3DsMax，建模，漫游
DesignOf3DVirtualPort
ZhuYonghui
(DepartmentofElectronicandInformationEngineering,DongHaiScience&TechnologySchool316000)
ABSTRACT
TheVirtualWalk-throughtechnologyisanimportantcontentofVirtualRealityTechnology,Itappliesgraphicimagetechnologytoremodelingthescenesthatareeitherexistentorvirtual,andthenemploys3DProgrammingTechniqueswiththefinalaimtobuildacompletesystemaccessibletotheusersjustviaoperationofthekeyboardormouse.Thisverytechniqueenablestheusersandobjectsinthescenestointeractwithoneanother.Thustheusersareabletofeelwhatitisliketobepersonallyonthescene.itwasdevelopedinarchitecture,junketing,game,aviationspaceflight,medicinefastly.
VirtualCampusisanimportantapplicationofVirtualWalk-throughtechnology,Itimplementsthe3Dlandscapeoftheportandshippingenvironmentofdigitalandvirtual,intheportofresourcemanagement,environmentalplanningandoperationofmanyaspectsofdevelopmentplayedanimportantrole.
Thisissuewascompletedforthefollowingfunctions:
First,theuseofdigitalcameraphotographycollectedpicturesofYaDanshanPierinZhoushan,byusingtheGoogleEarthsoftwaretocollectduckhilloverlookingtheportmap,andthenaccordingtodatacollected3DsMaxusemodelingsoftwaretomodel.
Second,theconstructionofpiersandtheirenvironment,usingPhotoshopasamodelstructuredrawntextures,textureeffectsforthemodeltoincrease,increasescenerealism.
Third,forthescenetoaddlights,cameraandsomeweathereffects,realisticporttocompletethescene.
Throughresearchofthissubject,someunderstandingofthemodeling,texturing,andrenderingtechnologyandaddingmethods,androamingandinteractivevirtualportsapreliminarystudy.
【Keywords】VirtualReality,3DsMax,Modeling,Roam
目录
摘要 1
ABSTRACT 2
目录 4
1绪论 6
1.1课题背景及意义 6
1.1.1虚拟现实技术 6
1.1.2虚拟现实的特点 7
1.1.3三维虚拟场景的应用前景 8
1.2国内外研究现状 9
1.2.1国外研究现状 9
1.2.2国内研究现状 11
2可行性分析 12
2.1虚拟场景建模技术 12
2.1.1利用现有三维软件建模的技术 12
2.1.2利用图像建模的技术 13
2.1.3利用建模语言建模的技术 13
2.2开发环境 13
2.2.1学习3DsMax需掌握的基本内容 14
2.2.2层次细节模型生成和绘制 15
2.2.3渲染技术 15
3虚拟港口三维场景构建 17
3.1场景模型建立 17
3.1.1建筑物模型构建 18
3.1.2绿化带、广告牌等公共设施模型构建 25
3.2材质与贴图 28
3.3天空的生成 36
3.4建模中常见的问题 36
3.4.1过分强调细节 36
3.4.2存在冗余多边形 36
4场景立体图的生成 38
4.1场景的灯光设计 38
4.2场景的渲染输出 40
5总结与展望 43
6结束语 44
参考文献 45
1绪论
1.1课题背景及意义
二十一世纪伴随着以微电子技术为基础、计算机技术为核心、网络和通讯技术为热点的信息技术的飞速发展，图形图像技术的发展也如星星之火，呈燎原之势，成为信息时代的一大崭新亮点。人们对虚拟世界的探索也越来越深入，人机界面的界线也越来越模糊，人们不再满足以前那种平面式的或二维式的操作和交互方式，在虚拟和现实之间有了更深一层的理解[3]。
虚拟港口，是虚拟现实技术在现代建筑中比较早的应用。虚拟港口漫游系统的研究对今后虚拟港口的建设具有重要的实际意义。将港口风光用虚拟仿真实现，既可以为港口树立良好的形象，提高港口的知名度，宣传当地的旅游文化，让来访者足不出户就可浏览港口风光和有关介绍信息，体验身临其境的感受；还可以作为港口规划的辅助工具，提港口园管理的现代化水平。在将其与港口的有关信息相结合后，可以提供给船员及来往的旅客一个三维可视化的、有声有色的信息介绍与查询环境。
1.1.1虚拟现实技术
虚拟化技术起源于上世纪60年代，虚拟现实（VR）虚拟现实（简称VR），又称灵境技术。综合利用了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术，模拟人的视觉、听觉、触觉等感觉器官功能，使人能够沉浸在计算机生成的虚拟境界中，并能够通过语言、手势等自然的方式与之进行实时交互，创建了一种适人化的多维信息空间。使用者不仅能够通过虚拟现实系统感受到在客观物理世界中所经历的身临其境的逼真性，而且能够突破空间、时间以及其他客观限制，感受到真实世界中无法亲身经历的体验
VR技术具有超越现实的虚拟性。虚拟现实系统的核心设备仍然是计算机。它的一个主要功能是生成虚拟境界的图形，故此又称为图形工作站。目前在此领域应用最广泛的是SGI、SUN等生产厂商生产的专用工作站，但近来基于Intel奔腾III（代）代芯片的和图形加速卡的微机图形工作站性能价格比优异，有可能异军突起。图像显示设备是用于产生立体视觉效果的关键外设，目前常见的产品包括光阀眼镜、三维投影仪和头盔显示器等。其中高档的头盔显示器在屏蔽现实世界的同时，提供高分辨率、大视场角的虚拟场景，并带有立体声耳机，可以使人产生强烈的浸没感。其他外设主要用于实现与虚拟现实的交互功能，包括数据手套、三维鼠标、运动跟踪器、力反馈装置、语音识别与合成系统等等。虚拟现实技术的应用前景十分广阔。它始于军事和航空航天领域的需求，但近年来，虚拟现实技术的应用已大步走进工业、建筑设计、教育培训、文化娱乐等方面。它正在改变着我们的生活
虚拟与现实两词具有相互矛盾的含义，把这两个词放在一起，似乎没有意义，但是科学技术的发展却赋予了它新的含义。虚拟现实的明确定义不太好说，按最早提出虚拟现实概念的学者J.Laniar的说法，虚拟现实，又称假想现实，意味着“用电子计算机合成的人工世界”。从此可以清楚地看到，这个领域与计算机有着不可分离的密切关系，信息科学是合成虚拟现实的基本前提。多感知性（Multi-Sensory）所谓多感知是指除了一般计算机技术所具有的视觉感知之外，还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知，甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。理想的虚拟现实技术应该具有一切人所具有的感知功能。由于相关技术，特别是传感技术的限制，目前虚拟现实技术所具有的感知功能仅限于视觉、听觉、力觉、触觉、运动等几种。浸没感（Immersion）浸没感又称临场感，指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。理想的模拟环境应该使用户难以分辨真假，使用户全身心地投入到计算机创建的三维虚拟环境中，该环境中的一切看上去是真的，听上去是真的，动起来是真的，甚至闻起来、尝起来等一切感觉都是真的，如同在现实世界中的感觉一样。交互性（Interactivity）用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度（包括实时性）。例如，用户可以用手去直接抓取模拟环境中虚拟的物体，这时手有握着东西的感觉，并可以感觉物体的重量，视野中被抓的物体也能立刻随着手的移动而移动。构想性（Imagination）强调虚拟现实技术应具有广阔的可想像空间，可拓宽人类认知范围，不仅可再现真实存在的环境，也可以随意构想客观不存在的甚至是不可能发生的环境。一般来说，一个完整的虚拟现实系统由虚拟环境、以高性能计算机为核心的虚拟环境处理器、以头盔显示器为核心的视觉系统、以语音识别、声音合成与声音定位为核心的听觉系统、以方位跟踪器、数据手套和数据衣为主体的身体方位姿态跟踪设备，以及味觉、嗅觉、触觉与力觉反馈系统等功能单元构成这里，虚拟环境处理器是VR系统的心脏，完成虚拟世界的产生和处理功能。输入设备给VR系统提供来自用户的输入，并允许用户在虚拟环境中改变自己的位置、视线方向和视野，也允许改变虚拟环境中虚拟物体的位置和方向。而输出设备是由VR系统把虚拟环境综合产生的各种感官信息输出给用户，使用户产生一种身临其境的逼真感。3D网游，三维虚拟场景技术极大的满足了玩家的欲望，可以模拟任何能够想象的到的游戏场景。
1.2国内外研究现状
1.2.1国外研究现状
美国作为VR技术的发源地，其研究水平基本上就代表国际VR发展的水平。近年来,虚拟现实在美国航空航天和军事领域的若干成功应用所获得的巨大经济效益和社会效益，促使美国政府进一步加大了对虚拟现实技术研究的支持力度。在美国虚拟现实在以下三个方面发挥重大作用：（1）武器系统性能评价；（2）武器操纵训练；（3）指挥大规模军事演习。虚拟现实的应用将大幅度降低以上三者所需的费用，极大地提高效益，并消除意外伤亡事故。在军事领域，美国的主要研究单位为：美国空军技术研究所AirForceInstituteofTechnology）主要研究人类因素的检测、计算机图形学以及与大规模分布综合环境应用有关的人机交互问题，尤其对那些培养实际操作人员的环境感兴趣。他们正在研制一种便宜的、实时网络化的飞行模拟器NPSNET4。它使用SIMNET和分布式交互仿真两种协议进行主机之间的通信。NPSNET计划注意虚拟世界的系统在现实世界问题中的应用。在航天领域，现在NASA已经建立了航空、卫星维护VR训练系统，空间站VR训练系统，并且已经建立了可供全国使用的VR教育系统美国政府对虚拟现实技术非常重视，他们支持的虚拟现实研究计划都是面向航空航天和军事应用的。虚拟现实将在武器系统的性能评价和设计、操纵训练和大规模军事演习及战役指挥方面发挥重要作用，并产生巨大的经济效益。美国已初步建成了一些洲际范围的分布式虚拟环境，并将有人操纵和半自主兵力引入虚拟的战役空间，在世界上处于领先地位
加州大学北卡分校的漫游技术研究室把建筑漫游作为自己的主要研究方向，到目前为止，他们完成的实时漫游大型建筑己达十个以上，其中至少有三项是在建筑施工前进行的事前仿真，让用户和设计者在工程开始之前，就可以对整个设计做出评估并反复修正设计方案。
日本虚拟现实技术的研究和开发水平目前处于世界的领先位置，其研究的水平仅仅次于美国。日本在虚拟现实技术领域的研究重点是建立大规模虚拟现实知识库。日本在利用虚拟现实技术开发游戏方面也做了很多研究，但是对于硬件设备的研究还不深入，其使用的大部分虚拟现实硬件都是从美国进口的[1]。
日本虚拟现实的研究机构也可以分为两类，一类是以东京大学为中心的高等学校，另一类则是几家以通信业务为主的公司。
东京大学有三个研究所都在进行着虚拟现实技术的研究，而且研究的方向各不相同。其中高级科学研究中心主要进行远程控制方面的研究，最近正在进行系统的研究。该系统中，用户通过控制一个模拟人手的随动机械人手臂来控制远程摄像系统。而原岛研究室则主要开展了人类面都表情特征的提取、三维结构的判定和三维形状的表示、动态图像的提取3项研究。广濑研究室则把研究的重点放到了虚拟现实的可视化问题上。他们正在开发一种虚拟全息系统来克服当前显示和交互作用技术的局限性。该研究所目前在虚拟现实技术方面的研究成果有以下几项：飞行仿真器统、人体测量和模型随动、用HIMD在建筑群中漫游、一个类似CAVE的系统[1]。
除了东京大学以外，东京技术学院和筑波建筑工程机械学院也对虚拟现实技术进行了研究。东京技术学院精密和智能实验室研究了一个用于建立三维模型的人性化界面，称为SPINAR(SpaceInterfaceDeviceforArtificialReality)的系统。筑波大学工程机械学院主要对力反馈显示方法进行了一些研究并开发了九自由度的触觉输入器，开发了虚拟行走原型系统，步行者只要脚上穿上全方向的滑动装置，就可以自动的交替迈动左脚和右脚[1]。
1.2.2国内研究现状
我国VR技术研究起步较晚，与国外发达国家还有一定的差距，但现在已引起国家有关部门和科学家们的高度重视，并根据我国的国情，制定了开展VR技术的研究计划。九五规划、国家自然科学基金委、国家高技术研究发展计划等都把VR列入研究项目[11]。
国内一些重点院校，已积极投入到了这一领域的研究工作。北京航空航天大学计算机系是国内最早进行VR研究、最有权威的单位之一，着重研究了虚拟环境中物体物理特性的表示与处理；实现了分布式虚拟环境网络设计，虚拟现实应用系统的开发平台等。浙江大学开发出了一套桌面型虚拟建筑环境实时漫游系统，还研制出了在虚拟环境中一种新的快速漫游算法和一种递进网格的快速生成算法；哈尔滨工业大学已经成功地虚拟出了人的高级行为中特定人脸图像的合成、表情的合成和唇动的合成等技术问题[11]。
虚拟现实技术在我国近些年发展极为迅速，被广泛的应用在城市规划、教育培训、文物保护、医疗、房地产、互联网、勘探测绘、生产制造、军事航天等数十个重要的行业，全世界的目光都聚焦于虚拟现实技术在中国的蓬勃发展。流行一时的网络游戏，实质上也是虚拟现实技术的一种简单应用[11]。
武汉理工大学开发出了一套校园虚拟全景漫游系统，由该校网络信息中心与艺术与设计学院数码艺术系方兴工作室共同开发研制，历时四个月，横跨余家头、东、西院三个校区，共拍摄校园场景20余处，拍摄照片800多张，制作360度全景漫游。
2可行性分析
2.1虚拟场景建模技术
构造一个三维虚拟港口的主要工作之一就是运用现有的普遍流行的三维场景建模软件在计算机中生成一个和场景几乎一模一样的虚拟港口场景。三维场景模型的设计在虚拟校园漫游系统中有着非常重要的地位。随着研究的不断深入和应用的不断普及，用户对虚拟现实场景中的三维模型真实感的要求的不断提高，因此，选择合适的建模工具和合理的技术对于建立高质量的三维场景，满足用户的需求具有非常重要的作用[1]。
虚拟港口景中的各种模型是对现实港口中各种物体的形状重建，设计出各种虚拟的模型的创建虚拟港口的基础和重点，模型的质量直接影响到场景的真实性和沉浸性。基于这些原因，设计系统之前，需要根据要创建的物体的特点选择合适的建模方法[8]。目前，主要有三种虚拟现实建模方式:第一种是利用现有的三维软件来进行建模的技术，第二种是完全采用各种原始图像来建模的技术，第三种是利用流行的建模语言来构造模型的技术。
2.1.1利用现有三维软件建模的技术
现如今，随着科技的发展，从最先进的军事、航空领域到普通的工业设计、产品展示、以及广告设计等方面，都采用了三维虚拟技术，如此，便需要各种各样的模型。随软件行业的发展，现在已经有许许多多的三维建模软件普及到我们的生活当中，例如工业产品设计常用的AutoCAD；被用来设计游戏模型的3DsMax；常用来设计3D动画的Maya等等，这些都是我们生活中常接触到的软件。AutoCAD对于运行环境要求较低，二维绘图比较强大，所以常用来设计复杂的建筑。3DsMax功能强大，除普通建模外还可支持动画设计，而且支持上千种附属插件。
一般建模有如下步骤：
2.1.2利用图像建模的技术
利用图像建模的技术不需要创建三维模型，整个场景的生成都是利用二维图像的拼接来完成的。在这种方式下，需要利用照相机来采集环境中各个物体的图像，也可以利用摄像机采集连续的视频作为基础资料，经过图像处理生成全景图像。对采集到的图象要进行空间关联，建立起具有空间感的360度环形虚拟环境[7]。这种技术下要生成不同视点处的场景画面需要借助于一些预置的图像(或环境映照)。
2.1.3利用建模语言建模的技术
利用建模软件生成的模型是纯三维的模型，可以在空间中任意的翻转摄像机来观察模型的各个面，但是这种空间的变换计算量很大，对硬件要求也很高，如果场景过于复杂，则容易出现机器瘫痪的现象。而利用全景图像的建模方法只需要拍摄图片，不但开发的成本比较地，需要的人员少，还能够得到很真实的虚拟环境，可是这种方法需要收集大量的图片数据，而且对图片的精度要求也比较高，所以实现起来也有一定的困难[1]。
基于以上两种方法都各自存在一定的不足，程序设计人员逐渐研究出了第三种方法，通过编制程序来创建模型。运用程序来建模的基本思想是，利用点线面等基本的数据来构造模型。而点线面的生成则通过专门的函数来实现，对于创建好的点线面模型，还可以通过程序来为其添加上纹理、贴图、灯光和透明度等等[1]。
2.2开发环境
本课题主要运用3DStudioMax进行模型构画，3DStudioMax，常简称为3DsMax或MAX，是Autodesk公司开发的基于PC系统的三维动画渲染和制作软件。其前身是基于DOS操作系统的3DStudio系列软件，最新版本是2011。在WindowsNT出现以
2-13DsMax9界面
前，工业级的CG制作被SGI图形工作站所垄断。3DStudioMax+WindowsNT组合的出现一下子降低了CG制作的门槛，首选开始运用在电脑游戏中的动画制作，后更进一步开始参与影视片的特效制作，例如X战警II，最后的武士等。
在应用范围方面，广泛应用于广告、影视、工业设计、建筑设计、多媒体制作、游戏、辅助教学以及工程可视化等领域。拥有强大功能的3DSMAX被广泛地应用于电视及娱乐业中，比如片头动画和视频游戏的制作，深深扎根于玩家心中的劳拉角色形象就是3DSMAX的杰作。在影视特效方面也有一定的应用。而在国内发展的相对比较成熟的建筑效果图和建筑动画制作中，3DSMAX的使用率更是占据了绝对的优势。根据不同行业的应用特点对3DSMAX的掌握程度也有不同的要求，建筑方面的应用相对来说要局限性大一些，它只要求单帧的渲染效果和环境效果，只涉及到比较简单的动画；片头动画和视频游戏应用中动画占的比例很大，特别是视频游戏对角色动画的要求要高一些；影视特效方面的应用则把3DSMAX的功能发挥到了极至[6]。
2.2.1学习3DsMax需掌握的基本内容
1）三维空间能力的锻炼，熟练掌握视图、坐标与物体的位置关系。应该要做到放眼过去就可以判断物体的空间位置关系，可以随心所欲地控制物体的位置[6]。
这是最基本的要掌握的内容，如果掌握不好，下面的所有内容都会受到影响。2）基本的几个操作命令：选择、移动、旋转、缩放、镜像、对齐、阵列、视图工具，这些命令是最常用也是最基本的，几乎所有制作都用到[6]。二维图案的编辑，这是非常重要的一部分内容，很多三维物体的生成和效果都是取决于二维图案。主要是用EditSpline”来实现。对于曲线图案的点、段、线编辑主要涉及到几个常用的命令：AttachRefineOutlineBoonleanTrimWedFilletChemfer等，熟练掌握这些子命令，才可以自如地编辑各类图案[6]。材质、灯光是不可分割的，材质效果是靠灯光来体现的，材质也应该影响灯光效果表现。没有灯光的世界都是黑的。材质、灯光效果是效果图的灵魂，也是效果图制作一个难点。如何掌握好材质灯光效果，大概也有以下几个途径和方法：
1掌握常用的材质参数、贴图的原理和应用。
2熟悉灯光的参数及与材质效果的关系。
3灯光、材质效果地表现主要是物理方面的体现，应该加强实际常识的认识和物理知识。
想掌握好材质、灯光效果的控制，除了以上的几方面，感觉也是很重要的，也是突破境界的一个瓶颈。所谓的感觉，就是艺术方面的修养，这就需要我们不断加强美术方面的修养，多注意观察实际生活中的效果，加强色彩方面的知识等[6]。
3虚拟港口三维场景构建
要建立一个与现实中的港口码头一样的或相似的虚拟场景，必需要知道港口的建筑物和环境的分布和比例，如果有这种图最好，但是没有的话，就必需得自己去测量掌握这些数据。
对于地形数据的获取，最常用的方法是数字摄影测量方法，通过影像匹配自动生成数字高程模型，然后转化成DEM格式，由这些数字等高线来判断地形的高矮。不过由于条件所限，我只能通过大量拍摄实物照片来进行数据采集。如下图：
图3-1鸭蛋山码头
3.1场景模型建立
整个码头的地形平整、开阔，建筑物较少，道路也并不明显，所以在3DsMax中首先对港口的地面进行描绘。在顶视图中绘出地面的二维线条，再通过挤出命令生成地面：
图3-2港口地面
3.1.1建筑物模型构建
整个的鸭蛋山码头只有一个主要建筑，其余都为附属建筑，所以先进行对主建筑的建模。
由于无法获取其俯视图，因此不能构画出精确的建筑二维平面图，所以通过创建几何体，继而对其进行切割、挤出等命令构画出建筑的基本轮廓，再通过插入、挤出、倒角等命令进行细化，构画出窗、门、平台等细节。
通过研究主建筑资料图，了解其轮廓及细节，下为码头建筑参考图：
图3-3码头主建筑
在3DsMax透视图中创建一个长方体，调整长、宽、高，设置其分段数：
图3-4透视图
使用切割、挤出命令做出大致的轮廓，在三视图中调整大小比例：
图3-5主建筑三视图
较为繁琐的是门窗的创建，方法较多，比如可用复合对象中的布尔运算进行制作，但比较复杂，需要创建较多的多边形，而且复合之后的布线比较混乱，不利于以后对模型进行优化，所以这里采用在原模型上进行插入和挤出，这样可以多个面一起创建，且布线较为工整,如下图所示：
图3-6窗户
主建筑上有个大高塔，应该是用来观测来往船只用的，细节不多，比较简单。创建一个圆柱体，对其进行编辑多边形，得到下图：
图3-7观测塔
再然后就是高塔上的天线了，比较复杂，如果采用创建线条来做，最后再拼凑而成的话，步骤会相当繁琐，这里我使用晶格命令，大大化简了创作步骤。首先创建一个长方体，设好分段，编辑多边形调整成锥形高塔的样子，继而选用晶格命令，通过调整边的厚度，便可作出一个铁塔的样子了：
图3-8高塔天线
建筑的上方有个“舟山”的LOGO字样，其字体通过目测我无法辨别出是那一种，只能选用一种较为相似的字体代替。在3DsMax的创建图形面板中选择创建文本，再用挤出命令生成一个立体的“舟山”：
图3-9舟山字体
最后稍微添加一些细节，然后整合成一个完整的主建筑模型：
图3-10主建筑透视图
码头还有一些其他的建筑，运用上面的方法创建出这些模型：
图3-11仓库和停车棚
图3-12安全检查点
3.1.2绿化带、广告牌等公共设施模型构建
若要求实以具体模型来展现树木和草坪的话，需要非常多的细节，使用大量的多边形，会大量消耗系统资源。像一般的游戏、动漫场景，技术人员一般都通过使用简单的多边形和纹理贴图来创建场景中的环境，这样可以大大的节省很多系统开销，而且其展示的效果也并不比高模差，因此，这里也使用上述方法来创建绿化带。
广告牌的细节不多，所以也采用简单的模型构建。
码头作为客运集散地拥有大量的公共设施，庞大而且复杂，本课题是要展示整个港口的场景，所以较小的设施并不需要，而且也浪费系统资源，因此对公共设施的建模取大舍小。
图3-11花坛
图3-12大型广告牌
图3-13小型广告牌
图3-14围墙
图3-15其他
既然做的是港口，则自然就有海面和其他一些交通工具。汽车和轮船我选择加载一些以前所做的作品，这样可以省掉很多的劳动量。
海面在这里并不需要做成怎样的波涛汹涌，毕竟是码头，海面自然是比较平稳的，所以，我选用50x50段的平面，用噪波命令生成一个类似水面的模型：
图3-16海面
3.2材质与贴图
建立模型之后的工作就是给模型赋予材质和贴图。在3DsMax中基本材质赋予对象一种单一的颜色，基本材质和贴图与复合材质是不同的。在虚拟三维空间中，材质是用于模拟表面的反射特性，与真实生活中对象反射光线的特性是相区别的。基本材质使用三种颜色构成对象表面，即AmbientColor(环境光颜色)，DifuseColor(漫反射颜色)，SpecularColor(高光颜色)[9]。
使用三种颜色及对高光区的控制，可以创建出大部分基本反射材质。这种材质相当简单，但能生成有效的渲染效果。同时基本材质同样可以模拟发光对象，透明或半透明对象。
在3DsMax中有几种着色类型：Aniso-tropic，Blinn，Metal，Multi-Layer，Oren-Bayar-Blinn，Phong，Strauss，每一种着色类型确定在渲染一种材质时着色的计算方式。对于不同的对象笔者采取不同的方案，例如：道路，草地，阶梯等对象采用基本材质，而对于建筑物等采用贴图[9]。
贴图是物体材质表面的纹理，利用贴图可以不用增加模型的复杂程度就可突出表现对象细节，并且可以创建反射，折射，凹凸，镂空等多种效果，比基本材质更精细更真实。通过贴图可以增加模型的质感，完善模型的造型，使创建的三维场景更接近现实。
3DsMax中最简单的是Bitmap位图。除此之外还有多种贴图形式。并且可在材质的同一层级(Hierarchy)赋予多个贴图，还可以通过层级的方式用复合贴图来混合材质[9]。
经过一系列复杂的建模后，一幅舟山鸭蛋山码头的立体场景便展现出来了，然而没有进行纹理贴图和材质设置的三维图是没有任何真实感可言的：
图3-17未附图的场景
整个港口的建筑并不多，而且地势也很平坦，无法拍到较好的建筑正面照片，并且，港口边上有众多的军用舰只和军用建筑，拍摄角度受到限制，所以对于建筑的材质选择使用Photoshop绘制，其他的小物件附上相近的颜色即可。窗户较多也很复杂，由于都是远景，所以部分的细节也都可以省略。
通过3DsMax的Texporter插件提取出主建筑模型的UVW贴图,如下：
图3-18生成的UVWPhotoshop中进行构画，变成下面的图：
图3-19UVW贴图
UVW贴图调整成正确的位置。
将门窗部分从建筑分离，打开材质编辑器，选择一个材质球，调整其颜色值，以及反射的高光：
图3-20门窗材质图3-21主建筑快速渲染效果
图3-22天线的材质图3-23字体的材质
图3-24反射贴图图3-25反射贴图数值图3-26字体效果
图3-27
图3-28仓库效果3DsMax的GroundWiz地形贴图插件图3-29中间花坛的效果
后，取消所有隐藏的模型，调整一个好的角度，点击F9快速渲染，查看完成的场景视，如图3-30。图3-30场景效果图UV技术，首先把将要模拟天空的半球用展UV方式展平成一个圆，然后在Photoshop3DsMax制图的最后一步，也是较为重要的一步[9]。
在光源的类型方面，3DsMAX提供了3种类型的灯光，即聚光灯，有向光源和泛光灯。刚开始未创建场景灯光时，3DMax会产生3个缺省光源。一旦在场景中创建了光源，缺省光源就会自动关闭拟光源都包括位置，颜色和强度，衰减，阴影。模拟光有任意颜色，光的颜色基于光的模型。RGB红、绿、蓝)模型和HSB(色彩、浓度、亮度)模型。光的衰减值控制着光的强度，所以，它也控制着光能传播多远的距离。在现实世界中，光的衰减值与产生光的光源强度联系在一起，但在3DMax中，衰减参数定义了光的强度变化。所有光源都产生阴影，但是在3DMax中，阴影可以打开或关闭。这是由于阴影也是一个可选的物体属性和着色技术[9]。
这里我首先添加一个IES太阳光，以码头主建筑为目标，调整其角度，使太阳光从侧面照射建筑。
图4-1有太阳光的效果图
图4-2添加天光效果图
图4-3有雾的效果图
上流程，鸭蛋山码头的立体图基本制成，下一步就是输出图像。输出时我们将它保存为JPG格式或BMP格式。3DsMax渲染得到的图像颜色通常较生硬，画面缺乏层次感。所以，可以利用photoshop
图4-4输出的效果图
图4-5局部细节图IES天光的效果：
图4-6IES天光效果图
09年最火爆的影片《阿凡达》来说，该影片运用最先进的3D技术，创造了一个完全虚拟的场景，强烈的震撼了观众的眼球。三维科技将会更多的被用于我们的生活中我也热衷于3D模型的制作，通过此次的课题研究，使我学到了更多的知识，对于接下来的工作，我也更向往这一方面路北首善之区虚拟现实技术http://baike.baidu.com/view/95269.htm?fr=ala0_1_1,2010,(5).
[6]百度ID：java118.3DMAX百科.http://baike.baidu.com/view/11137.htm,2010,(5).
[7]陈怀友.基于桌面系统的虚拟校园研究与实现.哈尔滨工程大学硕士学位论文,2006,(12).
[8]路乃华.长春大学虚拟校园的设计与实现.吉林大学硕士学位论文,2007,(4).
[9]张立亭,陈竹安,刘海飞,,聂爱秀.三维可视化校园图的制作.华东理工学院报,2004,(6).
[10]高志清.3DSMAX精品电脑建筑效果图[M].北京：中国水利水电出版社,2002,(4).
[11]陈诚.三维校园的开发与设计即全景校园虚拟漫游技术的实现.武汉科技大学毕业论文,2010,(4).
[12]尹波.虚拟校园三维模型设计制作.潍坊学院本科毕业论文,2009,(1).
[13]刘祖文.数字城市及其在城市建设中的应用与展望.武汉城市建设学院学报,2000,(3).
[14]王汝传,张登银,辛晨昀．虚拟现实中3D图形建模方法的研究[J]．计算机辅助工程,2000,(12).
[15]曾芬芳.虚拟现实技术[M].上海：上海交通人学出版社,1997,(8).
[16]黄少刚．3dsmax8动画制作高级教程[M]．北京：清华大学出版社,2008,(11).
[17]李胜,刘学慧,王文成,吴恩华.层次可见性与层次细节地表模型相结合的快速绘制[J].计算机学报，2002,(9).
[18]齐敏,郝重阳,伶明安.三维地形生成及实时显示技术进展[J].中国图像图形学报，2000,(5).
[19]谢明.基于Direct9.0的3D游戏设计.四川大学硕士学位论文,2004,(4).
[20]朱世昕,朱帅.三维数字校园漫游的设计与实现.太原师范学院学报(自然科学版),2008,(1).
[21]黄心渊.3DsMaxR4标准教程[M].北京：人民邮电出版社,2001,(3).
东海科学技术学院毕业论文
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